粉尘的理化特性及其卫生学意义

　　一、粉尘的化学成分和粉尘浓度

　　作业场所空气中粉尘的化学成分和浓度是直接决定其对人体危害性质和严重程度的重要因素。根据化学成分不同，粉尘对人体可有致纤维化、刺激、中毒和致敏作用。结晶形和非结晶形、游离型和结合型二氧化硅对人体的危害作用是不同的。粉尘游离二氧化硅含量愈高，致纤维化作用愈强，危害愈大。非结晶形比结晶形二氧化硅致肺纤维化作用轻。直接引起肺尘埃沉着病(即尘肺病，下同)的粉尘是指那些可以吸入到肺泡内的粉尘，一般称为呼吸性粉尘，因此，呼吸性粉尘中游离二氧化硅含量才更具有实际意义。含有不同成分的混合性粉尘，其对人体危害不同。某些金属粉尘如铅及其化合物，通过肺组织吸收，进入血循环，引起中毒；如六价铬混入水泥中虽只有0．01％，但可增强粉尘的致敏性。同一种粉尘，作业环境空气中浓度愈高，暴露时间愈长，对人体危害愈严重。因此，在评价粉尘的致病作用时，一定要了解粉尘的化学组成和浓度。

　　二、粉尘的分散度

　　劳动卫生学上粉尘的粒径分布也叫做粉尘的分散度，是指物质被粉碎的程度。以粉尘粒径大小(μm)的数量或质量分数来表示，前者称为粒子分散度，粒径较小的颗粒愈多，分散度愈高，反之，则分散度低；后者称为粉尘质量分散度，即粉尘粒径较小的颗粒质量分数愈大，质量分散度愈高，吸入量愈多，对人体危害越严重。

　　粉尘分散度的高低与其在空气中的悬浮性能、被人体吸入的可能性和在肺内的阻留及其溶解度均有密切的关系。

　　(1)粉尘的分散度与其在空气中的悬浮性粉尘粒子的大小直接影响其沉降速度。分散度高的尘粒，由于质量较轻，可以较长时间在空气中悬浮，不易降落，这一特性称为悬浮性。如以密度为2．62g／cm3的石英粉尘为例，根据其粒径的不同，其在静止空气中的沉降速度见表1—1。

　　表1—1不同粒径的石英粉尘在静止空气中的沉降速度

 

　　从上表可以看出粉尘的沉降速度随其粒径的减小而急剧降低，在生产环境中，直径大于10μm的粉尘很快就会降落，而直径为1μm左右的粉尘可以较长时间悬浮在空气中而不易沉降。尘粒在空气中呈漂浮状态的时间愈长，被吸入肺内的机会就愈多。粉尘在空气中的悬浮时间与许多因素有关，除与粉尘分散度有关外，还与粉尘的密度和尘粒的形状有关。从卫生学的观点来看，只有那些分散度高、易于悬浮的粉尘才对人体有危害，因为工人在整个工作日的劳动过程中将持续地吸人这种粉尘。

　　在生产条件下，由于机械的转动、工人的走动以及存在热源等因素的影响，经常会有气流运动，这些因素都能延长尘粒在空气中的悬浮时间，一般在生产环境中能较长时间悬浮在空气中的粉尘多为10μm以下的尘粒。

　　(2)粉尘分散度与其表面积的关系总表面积是指单位体积中所有粒子表面积的总和。粉尘的分散度愈高，粉尘的总表面积就愈大，如1个1cm3的立方体其表面积为6cm2，当将之粉碎成直径为1μm的颗粒时，其总表面积就增加到6m2，即其表面积增大10000倍。因而分散度高的粉尘容易参加理化反应，如有些粉尘可与空气中的氧气发生反应从而引起粉尘的自燃或爆炸。分散度高的粉尘，由于其表面积大，因而在溶液或液体中的溶解速度也会增加。

　　粉尘还可以吸附有毒气体，如一氧化碳、氮氧化物等，分散度愈高吸附的量也愈大，对人体危害亦愈大。

　　实验证实：用质量相同而分散度不同的石英尘做气管注入时，发现直径愈小(1～2μm)，病变愈重；而在尘粒数相同、质量不等时，则仅在粒径较大的(即质量较高的)一组病变较重。可见在硅沉着病的发生发展中，粒子大小虽有一定意义，但进入肺内粉尘的量则起着更重要的作用。

　　粉尘分散度与其在呼吸道的阻留有关。由于粉尘的粒子直径、密度、形状不同，呼吸道结构以及呼吸的深度和呼吸频率等差异的影响，粉尘在鼻咽区、气管和支气管区和肺泡区的阻留沉积是不相同的。为了相互比较，采用空气动力学直径(AED)这个参数来表示。所谓AED是指某种粉尘粒子a，不论其几何形状、大小和相对密度如何，如果它在空气中沉降速度与一种相对密度为1的球形粒子b的降落速度相同时，则b的直径即可算作为a的AED。粉尘粒子投影直径(dp)换算成AED的公式为：

 

　　式中dp——光镜下投影直径，pm；

　　Q——粉尘相对密度。

　　球形AED为10～15μm的粒子主要沉积于上呼吸道，而5μm以下的粒子则多可达呼吸深部和肺泡区。据此，把粉尘分为非吸入性粉尘和可吸入性粉尘。后者多指直径小于15μm的尘粒，而直径小于5μm的粒子称为呼吸性粉尘。

　　三、粉尘的溶解度

　　粉尘溶解度的大小与其对人体的危害性有关。对于有毒性粉尘，随着其溶解度的增加，对人体中毒作用增强，如铅、砷等；而面粉、糖等粉尘溶解度高，易吸收，并被排出，故反而可减轻对人体的危害。石英尘是难溶物质，在体内持续产生毒害作用，故其危害极其严重。正常情况下，呼吸道黏膜pH是6．8～7．4，吸入粉尘引起pH范围改变，则可导致黏液纤毛上皮组织排除功能障碍，致使粉尘阻留。

　　四、粉尘粒子的密度、形状和硬度

　　粉尘密度的大小与其沉降速度有关，当尘粒大小相同时，密度大的粉尘沉降速度快，在空气中的悬浮性小。在通风除尘装置的设计上要考虑粉尘的密度，需采用不同的控制风速。此外粉尘在呼吸通内的阻留也与其密度有关。

　　粉尘粒子的形状是多种多样的。常见的形状有球形(如炭黑粉尘)、菱形(如石英粉尘)、叶片形(如云母粉尘)、纤维形(如石棉、棉花、玻璃纤维、矿物纤维等)，此外，还有凝聚体和聚集体等形状。

　　阻留在上呼吸道或迷人眼睛内的粉尘，特别是锐利而坚硬的尘粒会引起局部机械性损伤或慢性炎症；而进入肺泡的尘粒，由于其质量较小，环境湿润，并受肺泡腔表面活性物质影响，可以减轻机械损伤的程度。

　　五、粉尘的荷电性

　　粉尘粒子可带有电荷，其来源可能是由于物质在粉碎过程中因摩擦而带电，或与空气中的离子碰撞而带电。尘粒的荷电量除与其粒径大小、密度有关外，还与作业环境温度和湿度有关。温度升高时荷电量增高，湿度增加时荷电量降低。

　　粉尘的荷电性对粉尘在空气中的悬浮性有一定的影响，带相同电荷的尘粒，由于相互排斥而不易沉降，因而增加了尘粒在空气中的悬浮性；带异性电荷的尘粒则因相互吸引、易于凝集而加速沉降。

　　六、粉尘的爆炸性

　　悬浮在空气中的某些粉尘，当达到一定浓度时，如果存在着能量足够的火源(如火焰、电火花、炽热物体或由于摩擦、振动、碰撞等引起的火花)，就会发生爆炸。具有爆炸危险的粉尘在空气中的浓度只有在一定范围内才能发生爆炸。因此，对于有爆炸危险性的粉尘，在进行通风除尘系统设计时，必须给予充分注意，采取必要的防爆措施。